1000MW超超临界汽轮机参数优化.doc

1000MW 超超临界汽轮机蒸汽参数优化11000MW 超超临界汽轮机蒸汽参数优化及讨论冯伟忠（上海外高桥第三发电有限责任公司， 上海 邮编 200137）【摘要】：外高桥三期 2×1000MW 超超临界汽轮机为上汽（SIEMENS）机型，采用补汽阀调频及过负荷调节通过优化，以压力条件作为划分定压和滑压的判据，最高冷却水温条件下功率≤1000MW 时不开补汽阀，且其他水温下能在功率>1000MW 且 P1000MW 后补汽阀开启并转为 27MPa 定压运行方式相应的，平均冷却水温时的 1000MW 运行压力下滑为 25.81MPa③ 滑压与定压（开补汽阀）的分界不按功率分，采用压力准则汽机主汽门前压力≤27MPa 采用纯滑压运行，与负荷及冷却水温无关按此准则，平均冷却水温时的最高滑压功率达 1043MW且冷却水温低于平均值时，最高滑压运行功率更高4、再热蒸汽系统压降优化目前我国的设计规范，再热系统的压降按高压缸排汽压力 P2 的 10%控制，通常是锅炉再热器及冷、热再热管道各占一半这一压降的取值，是技术经济比较的产物因为该压图 3 长江口全年水温变化1000MW 超超临界汽轮机蒸汽参数优化6降吞噬了一部分再热蒸汽的做功能力，增加了汽轮机的热耗。

但减少这一压降需增加管道（含再热器）的投资随着燃料价格的不断上涨及超临界机组的再热压力比亚临界机组有较大的提高，美、欧的设计规范早已将此压降定在 P2 的 8%及以下1996 年外高桥二期900MW 机组的招标书，根据咨询方美国 Sarginlandy 的意见，按 P2 的 8%作要求最终的招标结果是德国 ALSTOM 中标，再热系统压降为 P2 的 6.67%现具体分析一下再热系统压降减少后对系统经济性的影响若蒸汽流量不变，按式 1，中压缸的进汽压力不变相应的，再热系统压降的减少即为高压缸排汽压力 P2 的下降，即由 P2 变为 P2a（见图 3） 再者，通常 P2 约为高压缸进汽压力的 1/4由式 1 即可推得，P 2 的变化对高压缸进汽压力的影响极小从图 3 可见，当排汽压力由 P2 变为 P2a后，高压缸蒸汽的单位有效焓降增加了⊿hA= h2-h2a当然，进入再热器的蒸汽焓亦同样下降，与原先相比，需增加一单位吸热量⊿ hR= h3-h3a= h2-h2a=⊿hA不过，由于回热抽汽，进入中压缸的蒸汽量只有主蒸汽流量的 83%，或高压缸排汽流量的 87%因此，再热器内的总吸热量的增量小于高压缸总做功能力的增量。

这相当于在原有的热力循环上增加了一个效率高于 100%的小循环，其结果必然使机组的效率提高，热耗下降根据计算，再热系统的压降从 10%P2 减为 9%P2，汽轮机热耗约下降 0.072%，以此类推应该说，这一数值是较可观的根据这一分析及兼顾造价，我们最终仍沿用二期的压降控制原则除锅炉再热器压降在招标时就已明确外，冷、热再热管道的压降控制并不采用简单的加大管径的方法与其他同类项目不同，我们坚持参照二期工程的设计，除个别点布置困难而采用 1.5D 的管件弯头外，其他所有弯头均采用 ≥3D 的弯管另外，再适当增加了冷再热管道的管径综合优化再热系统的结果，竟获得了三重效益：⑴弯管的造价远低于弯头，明显降低了四大管道的总造价，同比下降约 20%；⑵≥3D 的弯管的局部阻力系数大大低于 1.5D 弯头，有效的减少了管系的压降根据 SIEMENS 提供的效率修正曲线，汽轮机的热耗将因此下降 18kJ/kWh；⑶与 1.5D 的管件弯头相比， >3D 的弯管在运行时产生的振动能量将明显下降，这更有利于管系的安全运行5、汽轮机背压优化5.1 低压缸配置讨论鉴于 SIEMENS 汽轮机独特的推（拉）杆和单支点轴系技术，单轴四缸不再是大机组的图中：1—2—2a 为高压缸绝热做功过程线，3a —3—3b 为再热器等压吸热过程线。

2—3 及 2a—3a 为虚拟的再热系统等焓节流过程线P 2 及 P2a 均为等压线图 3 再热系统压降变化影响图1000MW 超超临界汽轮机蒸汽参数优化7限制，德国已有五缸六排汽的百万级超超临界机组的成功经验 ④ ，且增加排汽面积，减少余速损失和降低背压对机组的经济性亦有着举足轻重的影响，外高桥三期 1000MW 机组的招标时规定投标商可投四缸及五缸方案上汽（SIEMENS）做了响应其四缸方案已如前所述，排汽面积为 4×10.96 m2，末级叶片 1146mm（与外高桥二期 900MW 机组相同） 五缸方案的排汽面积为 6×8.9m2，末级叶片 977mm（与德国 Boxberg 电厂 910MW 机组相同） 与四缸相比，五缸方案的热耗约能下降 1%余但因其价格较高，最终没能采用，留下了一个永久的遗憾在中国的北方，特别是内蒙、东北等地区，全年的平均水温远低于长江口比照德国 Boxberg 电厂 910MW 机组，Niederaussem 电厂 1025MW 机组（采用1146mm 末级叶片，排汽面积达 6×10.96 m2） ，设计冷却水进/出水温 14/24℃，背压低达2.91/3.68KPa，与常规背压相比，可提高机组效率 1.4%。

作为比较，采用 600℃/600℃的超超临界蒸汽参数，也不过提高机组效率 1.3%因此，在平均水温较低的地区，我们在着眼提高蒸汽初参数的同时，更应注意降低背压，否则也是一种资源浪费从技术发展战略上来说，若能在国内出现一个五缸的成功案例，对推动我国百万级汽轮机技术的发展，进一步提高机组的经济性有着不可估量的意义5.2 双背压与外高桥 900MW 机型不同，投标方案采用双背压这样，同样的循环冷却水流量及水温，在不增加凝汽器冷却面积的情况下，可以获得更低的平均背压，提高了经济性5.3 背压优化对于四缸方案，仍存在着进一步的优化空间通过对外高桥区域长江水温的统计显示，年平均水温为 18.75℃，考虑增加 2×1000MW 热负荷后的区域温升，三期的设计冷却水温定为 19℃，经核算，设计背压可从 4.19/5.26 kPa 下降为 3.86kPa/4.88kPa，热耗则可下降19kj/kwh给水泵汽轮机自设凝汽器，排汽不再进入主机凝汽器与二期相比，主凝汽器结构及冷却面积完全相同（44000m 2） ，而 VWO 工况的排汽流量由 1776T/h（含给水泵汽轮机）降为 1613T/h，即降低了传热强度，亦减少了凝汽器汽侧的流动压降，相应又可降低背压和端差，进一步提高了经济性。

另外，采用单台 100%容量汽动给水泵，且选用的给水泵汽轮机效率高达 86.7%，减少了抽汽量，使主机汽耗下降，折合热耗下降 18 kj/kwh6、结论6.1 从综合运行经济性评价，采用补汽阀的滑压运行及调频方式优于外高桥二期 900MW机组的改进型节流滑压运行和调频方式鉴于补汽阀开启后会引起显著的效率下降，应避免在稳定工况的额定功率及以下开启补汽阀6.2 采用压力条件作为划分定压和滑压的判据，既确保了最高冷却水温时≤1000MW 不开补汽阀，保证了通常运行工况的运行经济性，又使机组在其他水温下能在>1000MW 且1000MW 超超临界汽轮机蒸汽参数优化8<27MPa 的情况下尽可能进行滑压运行，进一步提高了过负荷运行的经济性6.3 再热系统压降控制为 P2 的 6.67%，且采用≥3D 弯管的再热管系设计，即降低造价，提高了热经济性，又能降低管系的振动能量，提高运行安全性6.4 最终没能促成五缸方案的实施而留下了遗憾，但通过降低冷却水设计温度，单独设汽动给水泵汽轮机的凝汽器，降低进入主凝汽器的蒸汽流量及热负荷，降低了机组平均背压和端差，进一步提高了机组热经济性参考文献：⑴ 冯伟忠外高桥电厂二期 900MW 汽轮机的技术特点。

《热力发电》 ，2003，32（6）：2~5，10⑵ 冯伟忠900MW 超临界汽轮机的性能特点及分析热力透平，2005.34（4）：P197~P202⑶ 沈士一等 《汽轮机原理》 水利电力出版社1992.6⑷ 冯伟忠GW 级 SIEMENS 汽轮机的技术特点，华东电力，2003.增刊。